Podręczny Reflektometr automatyczny z pomiarem mocy wyjściowej

Witam.
Niniejsza konstrukcja miała być jedynie przejściowym "proof of concept", ale jako to bywa z prowizorkami - te działają najdłużej.

Niniejszy DIY bardziej pasuje do kategorii DIY programowanie, gdyż z samej pracy jedynie zostały połączone 1 układ do samodzielnego montażu z Arduino oraz zamknięcie wszystkiego w plastykowej obudowie.

Ogólnie pomysł zaczął się z potrzeby posiadania bardziej efektywnego sposobu pomiaru współczynnika fali stojącej anteny. Obecnie posiadam klasyczny dwuwskaźnikowy reflektometr, jednak nadaje się on jedynie do pomiarów instalacji antenowej w jej stałych warunkach pracy. Zmiana jakiegokolwiek parametru sprawiała, że musiał on przechodzić każdorazowo kalibrację, żeby móc dokonać odczytu.

Proces staje się niezwykle uciążliwy, kiedy w zastosowaniu jest np manualna skrzynka antenowa - czas procesu dopasowywania impedancji niezwykle się wydłuża.

Okazuje się, że istnieją gotowe rozwiązania, reflektometry krzyżowe. Nie wymagają one generalnie ingerencji użytkownika podczas "strojenia" instalacji antenowej - jednak zaporowa jest ich cena.

W niniejszym projekcie użyte zostały następujące moduły:
- wyświetlacz 4 x 16 wraz z adapterem I2C
- Arduino UNO
- zestaw do samodzielnego montażu płytki pomiarowej WFS LinkDokumentacja
- dedykowana obudowa kupiona na ebay dla Arduino + wyświetlacz
- encoder
- 2 x gniazdo antenowe




Aktualnie zaimplementowana opcje:
- kalibracja urządzenia (nic na sztywno nie jest wpisane w kodzie programu - następuje przy wciśniętym enkoderze podczas podłączania miernika do zasilania) - w tym menu ustawiamy następująco: przekładnie transformatora wejściowego i fali odbitej (krok 0.01x w zakresie 0x-99.99x), kompensacja napięcia spadku na diodach użytych w mierniku (0-1000mV). Przy przytrzymaniu encodera na czas dłuższy niż 3s następuje zapisanie nastaw w pamięci EPROM, krótkie wciśnięcie przełącza nas do następnej opcji nastawy (gwiazdka przy wartości, która jest aktualnie ustawiana), podanie wartości napięć dla FWD/RWD wyliczonej z ADC:


Przy kalibracji urządzenia należy posiadać sztuczne obciążenie 50 Ohm podłączone na wyjściu, wcześniej wstępnie ustawione wartości przekładni użytych transformatorów - po spisaniu wartości z wejść ADC, zamieniamy wejście z wyjściem i dokonujemy ustawień drugiego układu pomiarowego tak, aby napięcie ADC odpowiadało temu pierwszemu.

Kalibracji można dokonać zarówno regulując potencjometr na płytce pomiarowej jak również tylko w programie (zalecam pierw na płytce pomiarowej)



- Wyświetlanie mocy szczytowej Ppep (średnia max z ostatnich 100ms) oraz chwilowej mocy mierzonej.

- Pomiar SWR

- Pomiary podawane są zarówno w cyfr jak również jako bargraph (linijka)

- Wyświetlane bargraph posiadają pamięć maks wartości (twz sticky bar) która charakteryzuje się pewnym momentem bezwładności (tutaj 0.7 wartości co 1500ms) oraz aktualna wartość maksymalna.

- Regulacja poziomu jasności (tutaj regulacja 0-100%), nastawiana w trakcie normalnej pracy przy pomocy encodera, powrót do ekranu odczytu PWR/SWR po 2s od ostatniego momentu nastawy oraz zapisanie w EPROM po wciśnięciu i przytrzymaniu enkodera

- Jako, że enkoder nie jest obsługiwany za pomocą przerwań, a zwykłego odczytu wartości rejestru wejściowego portu, LCD odświeżane jest co 100ms, dla szybszego odczytu wskazania SWR dostępna jest obca jasności zależna od wskazania SWR - ekran świeci tym jaśniej im większa jest jego wartość, przy czym jest całkowicie wyłączony dla SWR = 1.00

- Automatyczny zakres mocy wyświetlanej za pomocą linijki bargraph


- przy napięciu odczytywanym na ADC w Arduino mniejszym niż 1v przełączane jest napięcie odniesienia na wewnętrzne 1.1V (dla dokładniejszych pomiarów dla małych mocy)

- całość napisana w w edytorze Arduino

Przykładowe odczyty na sztucznym obciążeniu dla różnych częstotliwości:




Mały filmik z przykładem przy wykorzystaniu ze zmontowana na potrzeby filmu skrzynką antenową typu Z-MATCH (zakres regulacji 2-2000 ohM dla pasm 160M-10M - ta na zdjęciu bez trudu wytrzymuje moc 100W w całym zakresie swojej pracy pomimo niezwykłej prostoty wykonania):

Jeden film przedstawia przykładowe odczyty przy podłączonym sztucznym obciążeniu (wgrało się bez audio - przepraszam za to) w tym czasie spokojnie mówiłem, po krótkiej przerwie gwizdałem do mikrofonu.



Link


Tutaj dopasowywanie impedancji anteny do 50ohM przy pomocy ATU Z-MATCH:



Link


Nie wiedzieć czemu filmy po dodaniu są do góry nogami - postaram się poprawić ten fakt w najbliższych dniach.

Jako, że był to proof of concept, urządzenie nie będzie dalej rozwijane - jedynie w celach doraźnych pomiarów.
Aktualnie jestem w trakcie budowy dużo większej i mniej mobilnej wersji stacjonarnej z 2 enkoderami, które służyć będą do ręcznej/automatycznej opcji sterowania zdalnej skrzynki antenowej.

Koszt całkowity póki co:
Zestaw DIY mostka SWR: 12 GBP
Obudowa: 10 GBP
wyświetlacz + adapter I2C: 4.99 GBP
Arduino UNO: 9.99 GBP
Gniazda antenowe: 2 x 2.99 GBP

Całość około: 42.96 GBP

Koszt dobrej jakości miernika krzyżowego z pomiarem mocy zamyka się w przedziale: 80GBP+

Jak to Arduino znosi te ,,ciosy " energii WCZ, które siłą rzeczy musza ,,wyciekać" z obwodu pomiarowego ? Staranny ekran na nim i kondensatory przepustowe ? Oraz ten tuner antenowo - śniadaniowy pod spodem. Żyrandol i choinka same się nie zaświecają przy TX ? Zbudowałeś bardzo ładny przyrządzik, ale także nie zaekranowany (plastikowa obudowa), a ten tuner to taka wiocha..wybacz. Blaszanych pudełek po chipsach czy ,,cookie's" zabrakło ?

Witam. Na temat skrzynki się wiele nie wypowiem bo to nie jest codziennie używana konstrukcja (choć dziwie się ze jeszcze jej nie rozebrane) ale moja małżonka za każdym razem jak ja widzi to się śmieje

Arduino przed samymi wejściami ADC mają dlawik 8uH. Wcześniej kondensatory 10pF. Między samym arduino a płytka do pomiaru SWR wstawiony jest prosty ekran zrobiony z PCB.

Póki co arduino ani razu nie odmówiło działania. Choć zdążyło się raz na jakiś czas ze na ekranie pojawiły się np same pppppppp... a potem właściwą treść powracała.

Tak na prawdę lepsza plastyków obudowa niż kiedy luzem leżało a nigdy nie planowałem uzywac tego na poważnie. Pomimo całkowitej prostoty wskazania SWR odpowiadają temu z obecnie już posiadanego miernika. Tak samo jak i mocy ale tej nie mam jak wykalobrowac dokładnie (ratio transformatorów ) bo po prostu nie mam nic godnego zaufania do czego mógłbym się odnieść.

Ze względu na prostotę jaka mnie calosc zaskoczyla powstanie właściwą wersja z własną płytka. Która będzie juz miała całkowite ekranowanie.

Fajny przyrząd. Swoją droga dobra skrzynka bo stroi antenę jak sztuczne obciążenie

Zamierzasz podzielić się projektem? USB izolowane?

Można by też oddzielić część cyfrową od pomiarowej by pozbyć się sztywnych kabli antenowych i mostek wpinać tam gdzie się chce a odczyt postawić ładnie przy radiu. Fajną sprawą było by też obsłużenie kilku mostków SWR i rozpoznawanie np po wbudowanym rezystorze.

USB zasilane jest z power banku, przy korzystaniu z tej skrzynki nie polecam dotykać sie do przewodów przy włączonym PTT.

Cały kod programu (jak to bywa, taki mały bałagan - nie planowałem się nikomu chwalić):



Do tych ciekawszych funkcji w programie:

Obsługa encodera:



Przykłąd wykorzystania:



Odczytywanie Vcc na podstawie odczytu napięcia wewnętrznego źródłą odniesienia 1.1V i wyliczenia Vcc (wynik podawany w mV):



Rysowanie bargraph:


Jeszcze o czym nie wspomniałem to fakt, że bargraph od SWR 1.0-3.0 jest liniowy, 3.0-5.0 maleje wykładniczo, od 5.0++ funkcja wykładnicza jest dużo bardziej stroma:



W ten sposób przy posiadaniu skali 1-100 i wyświetlaniu swr w wysokości 3.0 wykorzystuje 30 pikseli (1 piksel szerokości na każdy 0.1 SWR), kiedy SWR jest większe nić 0.05 wynik dla bargraph zaokrąglany jest to 0.1.

Przy SWR 5.0 wykorzystywane jest coś około 40 pikseli, przy SWR 99.0 jakieś 70 pikseli.

W przeciwnym razie przy SWR 10 zużyta byłą by już pełna skala.

Skala Power jest automatycznie skalowana na podstawie ostatniego maksymalnego odczytu:



Odczyt ADC dla napięć większych od 1.05V jest przeliczany na podstawie napięcia zasilania, te odświerzane co 10s:




Tak jak wspominałem, projekt bardziej z kategorii programowy DIY.

No on ja osobiście ograniczył bym się do SWR10 więcej jest bez sensu bo mało która skrzynka to ogranie a jak już ogarnie to z taką sprawnością, że nie warto pracować.

Ja postanowiłem, że warto pokazywać więcej niż 10.0, reflektometr ma pokazywać stan faktyczny (na ile jest to w stanie dokłądnie zrobić), skrzynka akurat zestroi nawet jak nie będzie nic wpięte pod wejście antenowe, jak rónież wtedy gdy będzie zwarte. fakt faktem, że SWR wskazywany stedy to wielkości rzędu 900.0+, przy 10m fidera i odlutowanej gorącej żyle przy gnieździe antenowym miałem SWR 31.5 gdzie i tak zestroiłem (tą) skrzynką.

Wskazanie jak wskazanie, fakt faktem że w takim stanie i zestrojeniu skrzynką i tak nic się nie odbiera, nie nadaje a używać nie da się więcej niż kilku mW ze względu na napięcie jakie występuje na kondensatorach.

Z resztą nie widzę sensu używać anteny z SWR większym niź 5.0 coś już faktycznie musi być nie tak, a sprawność przy 50ohm fiderze jest raczej niewielka - jedynie przy użyciu lini symetrycznej.

Swoją drogą przy samym strojeniu widać chociaż czy SWR cokolwiek spada, czy też wzrasta. nawet jak są to wielkości 10.0+

U mnie na filmie widać jak stroję antene na paśmie 160M, gdzie SWR wynosi 8.2 przy antenie wpiętej bezpośrenio w reflektometr.

Moja natena to Random Wire około 35m zasianlej obecnie przez UnUn 16:1 zawieszony jakieś 5-6m nad ziemią i złamany w krztałt odwróconej litery L

Jako przeciwwaga jest oplot ze starego kaba telewizyjnego (swoją drogą dziwny system tutaj w UK był) który jest już nie używany od jakiś 15 lat A ciągnie się dobre 50m po kilku domach.

Pod względem antenowym - rewelacji nie ma.

Mimo wszystko ciekawy projekt.
Poproszę o schematy i wykaz elementów.